Quanten- und Supercomputer vereint Projekt „IQuAn“: Quanten-Rechenpower für Anwender

Autor: Michael Eckstein

Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz will ihren Supercomputer MOGON II mit Quantentechnik tunen. Damit auch Unternehmen und Behörden den Rechenturbo nutzen können, soll die Technik in ein eigenständiges Unternehmen ausgegründet werden.

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Im Quantencomputer-Labor: Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler (Mitte) erläutert Ministerpräsidentin Malu Dreyer und Präsident Prof. Dr. Georg Krausch ein System von Präzisionslasern zum Steuern eines Quantencomputers.
Im Quantencomputer-Labor: Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler (Mitte) erläutert Ministerpräsidentin Malu Dreyer und Präsident Prof. Dr. Georg Krausch ein System von Präzisionslasern zum Steuern eines Quantencomputers.
(Bild: Peter Pulkowski, JGU)

Quantencomputer können enorme Rechenleistung bereitstellen. Der Haken: Bis heute kann sie kaum jemandem außerhalb der Forschungslabore nutzen. Das will die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) mit ihrem Projekt „IQuAn“ ändern: Es sieht vor, die Quantentechnik mit dem vorhandenen Supercomputer „MOGON II“ zu koppeln. So sollen auch nichtwissenschaftliche Anwender, zum Beispiel Unternehmen und Behörden, die geballte Quanten-Rechenpower für ihre Berechnungen einsetzen können.

IQuAn steht für „Ionen-Quantenprozessor mit HPC-Anbindung“ – und die Bezeichnung ist Programm: Der Supercomputer MOGON II des Zentrums für Datenverarbeitung an der JGU soll mit einem Quantencomputer verbunden werden. Durch diesen Schritt wird MOGON II quasi wie mit einem Turbolader getunt und soll so neue Höchstleistungen erreichen.

Quantenrechner entsteht im Verbund

Diesen Turbolader wollen die JGU-Wissenschaftler innerhalb eines Konsortiums mit Partnern entwickeln. Dazu zählen das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, das Forschungszentrum Jülich sowie die Firmen Toptica Photonics AG und Akka DSW GmbH. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit rund 10 Mio. Euro.

Das Projekt ist in diesem Monat gestartet und hat eine Laufzeit von vier Jahren. „Mainz ist durch die Förderung ein wichtiger Punkt auf der Quantencomputing-Landkarte geworden“, sagt Prof. Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler von der JGU, der das Projekt koordiniert und dabei auf jahrzehntelanger Erfahrung im Bereich des Quantencomputings aufbaut.

Gefangene Ionen verbessern die Rechenqualität

Die Dynamik im Quantencomputing ist derzeit enorm: Unter anderem arbeiten Firmen wie Google und IBM daran, neue Quantencomputer zu entwickeln. Doch während Google und IBM beim Prozessor auf supraleitende Schaltkreise setzen, nutzen die Forscherinnen und Forscher im Projekt IQuAn eine Plattform mit gefangenen Ionen.

Obwohl supraleitende Quantenprozessoren aktuell über mehr Recheneinheiten verfügen, soll die Qualität der Rechenoperationen bei gefangenen Ionen erheblich besser sein, sagt Schmidt-Kaler. „Deshalb ist es sinnvoll, in diese Technologie zu investieren“, sagt Schmidt-Kaler. Das Besondere am eigenen Vorhaben sei, dass es „extrem fokussiert und gleichzeitig äußerst anwendungsorientiert ist“.

Rechenzeit buchen, um Medikamente schneller zu entwickeln

Konkret bedeutet das, dass sich noch innerhalb der Projektlaufzeit Unternehmen oder Behörden für Rechenzeit auf dem Computergespann einbuchen können. Mögliche Anwendungen seien beispielsweise Optimierungen in der chemischen und der pharmazeutischen Industrie, erklärt Schmidt-Kaler.

So seien beispielsweise Katalyseprozesse bei der Herstellung von Polymeren bislang schwer zu berechnen, da die Polymere mit ihren zahlreichen Molekülketten äußerst komplex seien. Könnte man via Quantencomputer die optimalen Katalysatoren ermitteln, ließe sich die Energieeffizienz der Herstellungsprozesse erheblich steigern.

Schneller mit Teamwork

„Gemeinsam können Quantencomputer und klassische Rechner wechselseitig ihre Vorteile ausspielen. Auf diese Weise lassen sich manche Aufgaben besser und effizienter bearbeiten, andere Aufgaben werden durch dieses Zusammenspiel überhaupt erst lösbar“, so Schmidt-Kaler weiter.

Was bislang eher die Autoren von Science-Fiction-Romanen inspiriert habe, solle nun in Mainz Wirklichkeit werden: „Ein Quantencomputer wird durch Verbindung mit unserem Hochleistungsrechner für vielfältige Anwendungen nutzbar gemacht“, freut sich Prof. Dr. Georg Krausch, Präsident der JGU. Dies sei ein Meilenstein in der Entwicklung dieser innovativen Technologie.

Ausgründung geplant: HPC-Turbo soll schnell auf den Markt kommen

Sobald der neue Mainzer Quantencomputer im Probebetrieb läuft, soll eine Ausgründung erfolgen. Das so entstehende Unternehmen soll sowohl die Vermarktung des gesamten Quantencomputers als auch die von Einzelkomponenten und Steuerelementen übernimmt.

Kräftige Unterstützung erfährt die JGU auch von der Landesregierung: „Die Möglichkeiten der Künstlichen Intelligenz begeistern mich immer wieder und es ist mir sehr wichtig, die mittlerweile 30-jährige KI-Forschungsförderung hier in Rheinland-Pfalz fortzusetzen und weiter voranzubringen“, betont die von hier stammende Ministerpräsidentin Malu Dreyer. Das Projekt der Mainzer Universität sei dafür ein wesentlicher Baustein, überhaupt seien „Quantencomputer zentrale Innovationstechnologien für die Zukunft“. Geplant ist, die Investitionen im Bereich KI auf 36 Millionen Euro bis 2023 zu verdoppeln. „Unser Ziel ist, technologische Anwendungen zum Nutzen der Menschen weiterzuentwickeln. Das unterstützt die Landesregierung nach Kräften.“

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Über den Autor

 Michael Eckstein

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Redakteur, Vogel Communications Group